基于nRF2401的手持式讀寫(xiě)器的設(shè)計(jì)

引言

　　本文設(shè)計(jì)了一款有源RFID便攜式讀寫(xiě)器。本讀寫(xiě)器工作在2.4GHz～2.5GHz的頻率范圍內(nèi)，其特點(diǎn)是讀寫(xiě)距離遠(yuǎn)、數(shù)據(jù)傳輸量大、存儲(chǔ)能力強(qiáng)，主要應(yīng)用于大型的貨物儲(chǔ)倉(cāng)中，能快速準(zhǔn)確地對(duì)成千上萬(wàn)的貨物進(jìn)行清算，或應(yīng)用于大型車(chē)庫(kù)中，對(duì)繁忙的車(chē)輛出入進(jìn)行快速有效地記錄與管理。

基于nRF2401的讀寫(xiě)器設(shè)計(jì)

RFID系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

　　RFID系統(tǒng)主要包括射頻讀寫(xiě)器和射頻識(shí)別標(biāo)簽(應(yīng)答器)兩部分。射頻識(shí)別標(biāo)簽是射頻識(shí)別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載體。通常，射頻識(shí)別標(biāo)簽由耦合元件和微電子器件構(gòu)成，可分為有源標(biāo)簽和無(wú)源標(biāo)簽兩種類(lèi)型。讀寫(xiě)器可以發(fā)送射頻信號(hào)到電子標(biāo)簽，并接收電子標(biāo)簽返回的射頻信號(hào)，從而獲取標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息。不論是讀寫(xiě)器還是應(yīng)答器，它們都有一個(gè)重要的構(gòu)成部分，即微型天線(xiàn)。微型天線(xiàn)可使讀寫(xiě)器和應(yīng)答器之間進(jìn)行有效的信號(hào)和能量傳輸。 如圖1所示，射頻應(yīng)答器和射頻讀寫(xiě)器的組成均包括微型天線(xiàn)、射頻信號(hào)收發(fā)器、數(shù)據(jù)處理器和存儲(chǔ)器。除此之外，讀寫(xiě)器還包括存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)控制、與計(jì)算機(jī)的通信、顯示器控制等。

　　本讀寫(xiě)器采用nRF2401作為射頻信號(hào)的收發(fā)器，W77E58作為總控制器，并負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理，選用非易失性的K9F5608作為存儲(chǔ)器。同時(shí)選用了時(shí)鐘芯片DS1302、串行口顯示器FYD12864和RS-232驅(qū)動(dòng)／接收器MAX233。

系統(tǒng)框圖

本系統(tǒng)中各元件與單片機(jī)之間的連接如圖2所示。

　　本系統(tǒng)的主控芯片W77E58指令執(zhí)行速度快、讀寫(xiě)速度快、功能龐大且設(shè)計(jì)方便。首先，根據(jù)鍵盤(pán)鍵人的指令，通過(guò)W77E58的控制，nRF2401向?qū)?yīng)編號(hào)的電子標(biāo)簽進(jìn)行查詢(xún)，再將查詢(xún)結(jié)果存入K9F5608中，同時(shí)將DS1302即時(shí)產(chǎn)生的時(shí)刻信息，也就是查詢(xún)時(shí)刻信息存入K9F5608中，由FYD12864顯示整個(gè)查詢(xún)過(guò)程。系統(tǒng)可通過(guò)MAX233與計(jì)算機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳與下載。

nRF2401功能強(qiáng)大且使用簡(jiǎn)便，只需利用SPI接口的3條信號(hào)線(xiàn)：DATA、CLK1、CS便可對(duì)其進(jìn)行配置。4種不同工作模式的控制也只需使用PWR_UP、CE、CS三個(gè)引腳。其工作模式為：收發(fā)模式、配置模式、空閑模式和關(guān)斷模式。 為了降低功耗，系統(tǒng)平時(shí)處于空閑模式，通過(guò)W77E58外部中斷0來(lái)監(jiān)測(cè)鍵盤(pán)的中斷信號(hào)，一旦檢測(cè)到有鍵盤(pán)鍵入，W77E58便進(jìn)入正常工作模式，并接收與判別來(lái)自鍵盤(pán)的指令數(shù)據(jù)，若判別出數(shù)據(jù)為電子標(biāo)簽搜索指令，W77E58便通過(guò)輸出高電平到nRF2401的PWR_UP引腳激活nRF2401，通過(guò)設(shè)置CE與CS來(lái)選擇nRF2401的工作模式。

　　W77E58通過(guò)其增強(qiáng)型全雙工串口SCON1的RXD1、TXD1將數(shù)據(jù)傳輸給nRF2401。nRF2401對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制并向外發(fā)送后，立即進(jìn)入接收模式，若在指定時(shí)間內(nèi)無(wú)響應(yīng)，則重復(fù)發(fā)送再轉(zhuǎn)入接收模式，若指定發(fā)送次數(shù)內(nèi)仍無(wú)響應(yīng)，則判定搜索范圍內(nèi)無(wú)有效標(biāo)簽。DS1302提供搜索時(shí)刻信息，它和搜索結(jié)果一起存入K9F5608,，

　　若nRF2401接收到來(lái)自電子標(biāo)簽的應(yīng)答信號(hào)，便自動(dòng)進(jìn)行接收與檢測(cè)，然后將數(shù)據(jù)解調(diào)后傳輸給W77E58。同理，W77E58將數(shù)據(jù)和搜索時(shí)刻信息存儲(chǔ)到外存儲(chǔ)器中。

　　另外，通過(guò)W77E58的另一組串口SCON的RXD、TXD，以及MAX233可進(jìn)行本系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。

K9F5608提供了32MB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，其存儲(chǔ)量大、讀寫(xiě)速度快、性能穩(wěn)定。K9F5608有一組功能強(qiáng)大的復(fù)用8位I／O口，既可作為指令的輸入口使用，也可作為數(shù)據(jù)和地址的輸入／輸出口使用，因此，只需占用W77E58的一組8位I／O口。K91F5608的使用非常方便，其片上寫(xiě)控制系統(tǒng)可使所有的編程和擦除功能自動(dòng)完成。

系統(tǒng)工作流程

　　系統(tǒng)開(kāi)啟后，首先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，包括對(duì)W77E58各內(nèi)部資源的初始化，如：定時(shí)／計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、串行口、存儲(chǔ)器等；以及nRF2401初始狀態(tài)的配置等。然后，系統(tǒng)進(jìn)入空閑模式，等待鍵盤(pán)按鍵產(chǎn)生的外部中斷輸入信號(hào)，由鍵盤(pán)的中斷信號(hào)激勵(lì)系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)；隨后將鍵盤(pán)鍵人的RFID編號(hào)作為請(qǐng)求信號(hào)發(fā)送出去，并檢測(cè)是否有應(yīng)答信號(hào)，同時(shí)將結(jié)果顯示在LCD顯示器上。系統(tǒng)可將接收到的數(shù)據(jù)和時(shí)間保存到K9F5608記錄存儲(chǔ)器中，或通過(guò)串行口傳到PC。

結(jié)語(yǔ)

　　本文主要簡(jiǎn)述了基于nRF2401射頻收發(fā)芯片的便攜式RFID讀寫(xiě)器的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)具有體積小、傳輸速度快、性能穩(wěn)定、功耗低等特點(diǎn)。